Download que es la biorremediacion?

ASPECTOS GENERALES
Y APLICACIONES DE LA
BIORREMEDIACION
Lic. María Noel Vera
Biorremediación y Medio Ambiente
[email protected]
PRODUCCIÓN
MAS LIMPIA
Prevención
Ambiental
PROCESOS
PRODUCTOS
Conservación de la materia prima,
agua y energía.
Eliminación de sustancias peligrosas.
Iniciativa
e Ingenio
Reducción de todos los impactos
durante el ciclo de vida del producto.
Mejora de la
Tecnología
Cambio
de actitudes
Reducción de los riesgos
a la Salud y al Medio Ambiente
DESARROLLO SUSTENTABLE
INDUSTRIA
MEDIO
AMBIENTE
SOCIEDAD
Mejoramiento en la gestión y prácticas de operación
REDUCCIÓN
EN EL
ORIGEN
CAMBIOS
EN EL
PROCESO
CAMBIOS
EN EL
PRODUCTO
REUSO Y RECICLAJE
Sustitución de mat.primas e insumos contaminantes
Cambios Tecnológicos / Tecnologías más Limpias
Diseño con menor impacto ambiental
Incremento de la vida de los productos
Recuperación y reuso al interior del proceso de
producción
Reciclaje fuera del proceso vía terceros
PRE-TRATAMIENTO Y TRATAMIENTO
DISPOSICIÓN - DESTRUCCIÓN - BIORREMEDIACIÓN
QUE ES LA
BIORREMEDIACION?
Biorremediación
Vida
“Remediar”= Resolver un problema
Bio-Remediar= usar organismos biológicos para resolver un
problema.
Biorremediación
Se refiere al espectro de métodos que utilizan organismos
(como bacterias, plantas, hongos, etc.) o productos
metabólicos obtenidos a partir de ellos para degradar
contaminantes
orgánicos
peligrosos
o
convertir
contaminantes
inorgánicos
en
compuestos
ambientalmente menos tóxicos o no tóxicos.
PRINCIPIO DE LA
BIORREMEDIACION
La biorremediación se basa
en la idea de que los
organismos son capaces de
tomar cosas del ambiente y
usarlas para su crecimiento.
En esta característica se
fundamenta el principio de la
biorremediación;
usar
organismos para que tomen
sustancias contaminadas del
medio
ambiente
y
las
conviertan en una forma no
tóxica. Algunas bacterias,
protistas, y hongos son muy
buenos en la degradación de
moléculas complejas.
PROCESO DE LA
BIOREMEDIACION
1.
2.
Los microbios producen enzimas que “rompen” la molécula
contaminante en partes digeribles.
El contaminante es ingerido y digerido por la célula como
nutriente junto con otras fuentes de energía.
OBJETIVO
Convertir sustancias que son peligrosas para los organismos
vivos a productos inertes, de manera que solo queden
desechos inofensivos de dichas sustancias.
BIORREMEDIACION:
Bacteria
Se
han
identificado
bacterias
(ej.
Anthrobacteria) que podrían usarse para
remover residuos de pesticidas del suelo.
También se emplean bacterias como
detectores de polución y para el monitoreo
de residuos tóxicos. Estos biosensores
bacterianos permiten medir los niveles de
toxicidad en muestras de agua y tierra.
Existe la posibilidad de usar plantas
modificadas genéticamente (GM) junto con
bacterias
para
remediar
residuos
persistentes, tales como los residuos de
explosivos.
Un elevado número de bacterias existen
naturalmente en los suelos y sitios
destinados a los residuos. Algunas de ellas
degradan lentamente los diferentes tipos de
contaminantes.
BIORREMEDIATION:
Fitorremediación
COMO FUNCIONA
Ciertas plantas son crecidas en suelos contaminados. Sus raíces
pueden extraer el contaminante, por ejemplo un metal pesado, ya
sea degradándolo o bien adsorbiéndolo. Si ocurre lo último, la
planta acumula el tóxico en sus yemas y hojas, por lo cual la
planta es luego removida e incinerada.
BIORREMEDIACION:
Hongos
Ciertos hongos son muy efectivos en la remoción de
un amplio rango de contaminantes, por ejemplo:
Sustancias empleadas en la preservación de la
madera.
Hidrocarburos aromáticos policíclicos.
Organoclorados.
Bifenilos policlorados.
Tinturas.
Pesticidas.
Fungicidas.
Herbicidas.
Lignina.
LIMITACIONES DE LA
BIORREMEDIACION
TIPO DE CONTAMINANTE Y SU CONCENTRACION.
MEDIO
AMBIENTE
CIRCUNDANTE
A
LA
CONTAMINACION.
TIPO DE SUELO.
PROXIMIDAD Y CONDICION DE NAPAS.
NATURALEZA DEL MICROORGANISMO.
RELACION COSTO/BENEFICIO: COSTO VERSUS
IMPACTO AMBIENTAL GENERAL.
DURACION DEL PROCESO BIORREMEDIATIVO.
CAPACIDAD LIMITADA DE BIORREMEDIACION.
PRINCIPALES FACTORES
A TENER EN CUENTA
Temperatura.
Disponibilidad
de
nutrientes
inorgánicos (fuentes de fósforo y
nitrógeno).
pH.
Concentración de metales pesados.
Concentración de bacterias.
BIORREMEDIACION
ATENUACION NATURAL
IN SITU
BIOESTIMULACION
BIOAUMENTACION
EX SITU
BIORREMEDIACION IN SITU
BIOESTIMULACION
Se utilizan
microorganismos
endógenos para
degradar
contaminantes
(subsuelo/aguas
subterráneas
contaminadas).
Se estimula la
actividad biológica de
la bacteria por medio
de la inyección de
aire a través de los
pozos. Estos se
instalan en varios
puntos del área
contaminada, y a
través de ellos se
inyectan también
nutrientes.
BIOAUMENTACION
Se adiciona un
consorcio de
microorganismos
degradadores del
contaminante.
Este consorcio
desarrollado en el
laboratorio es
enriquecido con
nutrientes en una
solución bioactiva, la
cual es
inyectada a una
profundidad
determinada en los
pozos monitoreados.
ALTAMENTE EFECTIVOS
BIORREMEDIACION
ATENUACION NATURAL
LANDFARMING
EX SITU
REACTOR EX SITE
IN SITU
BIORREMEDIACION EX SITU
LANDFARMING
REACTOR EX SITE
Lodos activados.
Reactores de biomasa fija
– Biofiltros de percolación
– Biofiltro de lecho fijo
– Biodiscos
– Lecho fluidizado.
Lodos Activados. Bioingeniería.
Oxígeno
Energía
+
CO2 + H2O
Compuestos Orgánicos
Oxígeno
+
Lodos Activados
Biosólidos
estabilizados
Nuevas células
Nutrientes
CO2
Alimentació
n
microorganismos
H2O
LODOS ACTIVADOS
VENTAJAS
Alta eficiencia.
Ocupa areas reducidas.
DESVENTAJAS
Rígido control operacional.
Baja resistencia a carga de choque.
Inestabilidad en la decantabilidad del
lodo.
BIORREACTOR
BIODISCOS
BIOFILTRO
Soporte del biofiltro
BIOFILTRO DE
PERCOLACION
REACTOR DE LECHO
FLUIDIZADO
VENTAJAS DE LA BIOMASA FIJA
Mayor estabilidad del proceso.
Reducida atención operacional.
Bajo consumo de energía.
Menor espacio requerido.
Menor complejidad operacional.
Exige menor monitoreo.
CASOS DE APLICACION
EXITOSOS
BIORREMEDIACION DE METALES
Caso: Refinería de
Dorplein (Holanda).
Zn
en
Budel-
Planta para remover contaminantes metálicos
de aguas subterráneas por reducción de
sulfatos mediante bacterias (bacterias sulfato
reductoras).
Afluente: 300 m3/h con 100 mg/l Zn, 1 mg/l
Cd, y 1000 mg/l sulfato.
Efluente: <0.3 mg/l Zn, <0.01 mg/l Cd y <200
mg/l sulfato.
Procedimiento: los sulfuros metálicos precipitados por el H2S, y el
S elemental producido por la oxidación microbiana del exceso de
H2S, son transportados a un horno de fundición donde se
recuperan los metales y el sulfuro es convertido en ácido sulfúrico.
El pH se eleva debido a la producción de bicarbonato como
consecuencia de la oxidación de los nutrientes orgánicos.
Un efecto neutralizador del pH es apreciado porque los iones H3O+
son consumidos por la reducción del sulfato.
BIORREMEDIACION DE SUELOS
SATURADOS DE DIESEL
La biorremediación de hidrocarburos en suelos saturados
usualmente está limitada por la disponibilidad de oxígeno.
Caso: costa de Galicia.
Solución: uso de otros receptores alternativos de electrones.
SISTEMAS ANAEROBIOS
+ nutrientes
+Bioaumentación
Resultado: eliminación de más del 90% de los
contaminantes en las zonas más críticas y una considerable
reducción de hidrocarburos en casi todas las áreas del lugar.
BIORREMEDIACION DE SUELOS
SATURADOS DE DIESEL
A 4,6 metros de profundidad las concentraciones de
HCT se redujeron de 1.000 mg/kg a menos de 100
mg/kg.
Se completó la remediación aproximadamente de
27.400 m3 de suelo y acuífero contaminado con
diesel cubriendo un área de aproximadamente
12.200 m2 a una profundidad de 6 metros.
Se cumplió con todas las regulaciones y leyes
ambientales estatales y federales para el
desarrollo de este proyecto.
BIORREMEDIACION DE SUELOS
CONTAMINADOS CON HC
Caso: Ex-Refinería “18 de Marzo” (México).
Tecnologías propuestas:
•Bioventeo
•Cultivo Sólido (Biopilas)
•Biobarreras Reactivas
•Fitorremediación
La superficie total considerada para remediación
tiene una extensión de 55 hectáreas.
BIORREMEDIACION DE SUELOS
CONTAMINADOS CON HC
A partir del 28 de febrero de 2008 se contrataron los servicios de
la Universidad Autónoma de Puebla para realizar los trabajos de
remediación. A la fecha se completó el tratamiento. Se retornó el
material tratado al sitio de excavación.
BIORREMEDIACION DE SUELOS
CONTAMINADOS CON HC
Asimismo, el 30 de marzo de 2008 el Instituto Tecnológico
Agropecuario de Oaxaca inició la remediación de 44.672 m2
(89.325 m3) aplicando las técnicas antes mencionadas. Al
momento se completó el tratamiento. Se retornó el material
tratado a la zona de excavación.
Sistema de bioventeo
OPTIMIZACION DEL PROCESO DE
BIOTRATAMIENTO DE AFLUENTES
DE UNA PLANTA PETROQUIMICA
Desarrollo y adaptación de cepas
degradadoras de hidrocarburos
María Noel Vera
Director: Dr. Roberto Grau
Río
Piletas de tratamiento
biológico de efluentes
Medio
ambiente
Piletas separadoras
API
Napas
Land-Farming
Residuos
Petroquímicos
Alifáticos
Octano
Decano
Dodecano
BTEX
Benceno
Tolueno
Etilbenceno
Xilenos
Mezcla compleja
de Hidrocarburos
Hidrocarburos Aromáticos
Policíclicos (HAPs)
Naftaleno
Bifenilo
Fluoreno
Antraceno
Parafínicos
Organismos Degradadores de HC:
Aeromonas
Arthrobacter
Burkholderia
Comamonas
Pseudomonas
Rhodococcus
Rhodopseudomonas
P. putida
Pseudomonas
P. fluorescens
P. aeruginosa
Objetivos Generales:
 Aislamiento y caracterización de cepas
bacterianas capaces de biodegradar HAPs.
 Evaluación de la capacidad de dichas
bacterias para biorremediar afluentes
petroquímicos altamente tóxicos a escala
industrial.
Caracterización metabólica de la cepa NAFb1
NAFTALENO
NAFb 1
2.0%
0.1%
+
-
0.5%
+
1.0%
2.0%
3.0%
4.0%
+
+
+
+
D.O.
1.2
1
2.00%
1.00%
0.50%
0.10%
3.00%
4.00%
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
50
100
150
Horas
200
250
300
Naftaleno degradado
(mg)
1.4
200
150
100
50
0
30
150
300
600
900
Naftaleno total inicial (mg)
1200
Variación en la [HCT]
125,0
100,0
89,3
75,1
mg/L
75,0
50,0
25,0
4,2
0,0
t0
100 mg/L
Flora
Autóctona c/
Consorcio
Flora
Autóctona
t20d
uVolts
600
t 0 300 mg/L HCT
t20d Flora Autóctona
c/ Consorcio
500
400
300
200
100
6
5
10
15
20
25 Minutes
Variación en la [HCT]
2400,0
2200,0
2104,3
2000,0
1802,1
1800,0
1600,0
mg/L
1400,0
1200,0
1000,0
800,0
600,0
400,0
225,7
200,0
5,2
0,0
Barros t0
Efluente
t0 300 mg/L
Barros t20
Flora Autóctona
+ Nutrientes
c/ Consorcio
Efluente t20
Flora Autóctona
+ Nutrientes
c/ Consorcio
QUE HAY DE NUEVO?
Ingeniería genética.
Controversia, ya que la liberación de
organismos genéticamente diseñados al
medio ambiente puede alterarlo o dar lugar
a organismos modificados que pueden ser
peligrosos; además ciertos microorganismos
empleados pueden competir con los
endógenos en el sitio contaminado,
pudiendo perderse microorganismos útiles.
CONCLUSIONES
Se necesita más investigación.
Muchos factores influencian la eficiencia
de la biorremediación dependiendo del
sitio de la contaminación (“consorcios
hechos a medida”).
Hay que desarrollar métodos a gran
escala para lograr una mayor eficiencia
del proceso de biorremediación de modo
de solucionar el problema y no alterar el
ecosistema.
NO!
TOMAR CONCIENCIA